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矩陣鍵盤(pán)鍵入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)任務(wù)任務(wù)：基于 STEP-MAX10M08核心板和 STEP BaseBoard V3.0底板設(shè)計(jì)矩陣鍵盤(pán)鍵入系統(tǒng)并觀察調(diào)試結(jié)果要求：按動(dòng)矩陣鍵盤(pán)按鍵，通過(guò)核心板上的數(shù)碼管顯示按鍵的鍵值。解析：通過(guò)FPGA編程驅(qū)動(dòng)矩陣鍵盤(pán)電路，獲取矩陣鍵盤(pán)鍵入的信息，然后通過(guò)編碼將鍵盤(pán)輸出的信息譯碼成對(duì)應(yīng)的鍵值信息，最后通過(guò)驅(qū)動(dòng)核心板獨(dú)立數(shù)碼管，將鍵盤(pán)按鍵的鍵值顯示在數(shù)碼管上。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诨A(chǔ)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)部分我們已經(jīng)掌握了FPGA驅(qū)動(dòng)獨(dú)立顯示數(shù)碼管的原理及方法，掌握了有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思想，本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)矩陣鍵盤(pán)
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基于STEP FPGA的SPI RGB液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明我們的STEP-BaseBoard底板上集成了1.8寸彩色液晶屏TFT_LCD模塊，大家可以驅(qū)動(dòng)LCD顯示文字、圖片或動(dòng)態(tài)的波形。首先了解一下液晶屏模塊，相關(guān)資料下載：https://pan.baidu.com/s/1bp6AYsR框圖如下：原理圖如下：原理圖中的器件U1為液晶屏，液晶屏為1.8寸，128RGB160像素，串行總線（SPI），液晶屏集成了ST7735S的驅(qū)動(dòng)器，處理器與ST7735S通信完成液晶屏的顯示控制ST7735S為132RGBx162像素點(diǎn)262K控制器/驅(qū)動(dòng)器，芯片可以直
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基于STEP FPGA的8色VGA功能驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明VGA（video graphics array）即視頻圖形陣列，是IBM在1987年隨PS/2一起推出的使用模擬信號(hào)的一種視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)。VGA接口分公口和母口，如下圖：VGA接口引腳定義如下：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的VGA接口應(yīng)該有以下端口：紅綠藍(lán)三色信號(hào)（RGB）行場(chǎng)同步信號(hào)（HSVS）以及很多的地屏蔽；三色信號(hào)都是模擬信號(hào)，行場(chǎng)同步信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)；對(duì)于VGA的接口模擬電壓，為0~0.714V，0代表無(wú)色，0.714代表滿色，F(xiàn)PGA輸出3.3V，所以還必須要經(jīng)過(guò)DAC的轉(zhuǎn)換。現(xiàn)今有兩種比較成熟的方法：電
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基于STEP FPGA的PCF8591的ADC（I2C）功能驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明PCF8591是集成了4路ADC和1路DAC的芯片，使用I2C總線通信。I2C總線是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。主器件用于啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機(jī)首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機(jī)終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機(jī)要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件，然后主機(jī)接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機(jī)終止接收過(guò)程。這里不
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基于STEP FPGA的PCF8591的DAC（I2C）功能驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明PCF8591是集成了4路ADC和1路DAC的芯片，使用I2C總線通信。I2C總線是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。主器件用于啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機(jī)首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機(jī)終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機(jī)要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件，然后主機(jī)接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機(jī)終止接收過(guò)程。這里不
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基于STEP FPGA的UART串口通信模塊驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART，是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔多少是不固定的，然而在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰位間的時(shí)間間隔是固定的。兩個(gè)相鄰位間的時(shí)間間隔與UART通信的波特率有關(guān)，波特率用來(lái)表征UART通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩疵棵腌妭魉偷亩M(jìn)制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為1
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基于STEP FPGA的PS2鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明我們的STEP-BaseBoard底板上集成了PS2鍵盤(pán)的接口，可以供大家連接PS2鍵盤(pán)或PS2鼠標(biāo)完成相應(yīng)設(shè)計(jì)，接下來(lái)我們來(lái)了解PS2接口的硬件連接及PS2鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方法。PS2接口連線非常簡(jiǎn)單，只需接4根線：4號(hào)引腳VCC接供電電源，一般為5V供電，后經(jīng)測(cè)試3.3V也可以3號(hào)引腳GND接地即可5號(hào)引腳時(shí)鐘線和1號(hào)引腳數(shù)據(jù)線為兩條雙向的信號(hào)線2號(hào)引腳和6號(hào)引腳為保留引腳，不需要連接當(dāng)PS2鍵盤(pán)上有按鍵按動(dòng)或操作的時(shí)候，鍵盤(pán)會(huì)發(fā)信號(hào)給主機(jī)，PS2接口的時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)序如下圖：FPGA或主機(jī)
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傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能板

傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能模塊實(shí)物圖板卡簡(jiǎn)介STEP Sensor Card是STEP團(tuán)隊(duì)推出的可配合小腳丫多種底板使用的擴(kuò)展板卡，板載資源十分豐富，其中包括多種傳感器、168led點(diǎn)陣、flash存儲(chǔ)等多種功能，你可以用這個(gè)子卡來(lái)實(shí)現(xiàn)你各種各樣的新奇想法，像數(shù)字水平儀，溫度計(jì)，亮度檢測(cè)儀，你都可以用這個(gè)板卡去完成！板載資源：* 環(huán)境光傳感器BH1750FVI-TR * 溫度傳感器DS18B20Z * Flash閃存W25Q64FVSFIG * 陀螺儀MPU-6050 * 紅外對(duì)管，比較器LM393DR
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STEP FPGA驅(qū)動(dòng)溫度傳感器DS18B20Z

硬件說(shuō)明DS18B20是我們?nèi)粘ＴO(shè)計(jì)中常用的一款溫度傳感器芯片，只需要一根總線就可以實(shí)現(xiàn)通信，非常的方便，我們的STEP-BaseBoard底板上就集成了溫度傳感器DS18B20Z，下面我們就一起來(lái)學(xué)習(xí)一下它的硬件鏈接及驅(qū)動(dòng)方法。DS18B20Z只有一根總線，硬件電路非常簡(jiǎn)單，但是一定記得總線需要做上拉處理，如下圖總線上連接了10K（上拉電阻取值可以一定范圍內(nèi)自行調(diào)整）的上拉電阻，另外我們使用FPGA驅(qū)動(dòng)，一定記得將FPGA對(duì)應(yīng)的管腳同樣作上拉配置，重要的事情說(shuō)三遍，總線上拉，總線上拉，總線上拉。聊完硬件
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STEP FPGA驅(qū)動(dòng)基于74HC595的數(shù)碼管模塊

硬件說(shuō)明在前面之前的入門(mén)教程中數(shù)碼管獨(dú)立顯示章節(jié)已為大家介紹了數(shù)碼管獨(dú)立顯示的相關(guān)內(nèi)容，關(guān)于獨(dú)立顯示這里就不在贅述。我們的底板上有6位數(shù)碼管，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方法不同，有以下比較：獨(dú)立顯示：控制每個(gè)數(shù)碼管至少需要8個(gè)I/O口控制，6位數(shù)碼管就需要6*8 = 48根信號(hào)線才能分別顯示。獨(dú)立顯示實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是需要大量的信號(hào)線。掃描顯示：將每位數(shù)碼管的同一段選信號(hào)連接在一起，這樣我們就只需要8根段選信號(hào)和6根位選信號(hào)，共計(jì)14根信號(hào)。掃描顯示可以有效節(jié)約I/O口資源，實(shí)現(xiàn)起來(lái)稍顯復(fù)雜。我們小腳丫
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基于 STEP-MAX10M08核心板的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)任務(wù)任務(wù)：基于 STEP-MAX10M08核心板和 STEP BaseBoard V3.0底板完成簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)并觀察調(diào)試結(jié)果要求：按動(dòng)矩陣鍵盤(pán)，驅(qū)動(dòng)底板無(wú)源蜂鳴器發(fā)出產(chǎn)生不同音調(diào)，彈奏一首《小星星》。解析：通過(guò)FPGA編程驅(qū)動(dòng)矩陣鍵盤(pán)電路，獲取矩陣鍵盤(pán)鍵入的信息，然后通過(guò)編碼將鍵盤(pán)輸出的信息譯碼成對(duì)應(yīng)的音節(jié)數(shù)據(jù)，最后通過(guò)PWM發(fā)生模塊驅(qū)動(dòng)底板上的無(wú)源蜂鳴器發(fā)出聲音。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诨A(chǔ)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)部分我們已經(jīng)掌握了FPGA設(shè)計(jì)PWM信號(hào)發(fā)生器的原理及方法，上節(jié)實(shí)驗(yàn)中又學(xué)習(xí)了矩陣鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)原理及方法，本
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STEP FPGA驅(qū)動(dòng)無(wú)源蜂鳴器模塊

硬件說(shuō)明蜂鳴器的分類：按其結(jié)構(gòu)主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5～15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。按是否帶有信號(hào)源
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基于STEP FPGA的旋轉(zhuǎn)編碼器電路驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，因其人性化的操作被用于越來(lái)越多的電子設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)編碼器有多種分類：以編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式。以碼盤(pán)刻孔方式不同分為：增量式和絕對(duì)式兩類。關(guān)于以上各類編碼器的區(qū)別，大家自行查閱資料，這里就不多做介紹了。我們STEP-BaseBoard底板上集成的EC11的旋轉(zhuǎn)編碼器就屬于增量式觸電電刷編碼器，其工作原理如下：如上圖所示，當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)A信號(hào)提前B信號(hào)90度相位，當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)B信號(hào)提前A信號(hào)90度相位,FPGA接收到旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B信號(hào)時(shí)，
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基于STEP FPGA的矩陣按鍵驅(qū)動(dòng)

硬件說(shuō)明在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，使用行線和列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，這樣我們就可以通過(guò)4根行線和4根列線（共8個(gè)I/O口）連接16個(gè)按鍵，而且按鍵數(shù)量越多優(yōu)勢(shì)越明顯。FPGA驅(qū)動(dòng)矩陣按鍵模塊，首先我們來(lái)了解矩陣按鍵的硬件連接：上圖為4×4矩陣按鍵的硬件電路圖，可以看到4根行線（ROW1、ROW2、ROW3、ROW4）和4根列線（COL1、COL2、COL3、COL4），同時(shí)列線通過(guò)上拉電阻連接到VCC電壓（3.3V），對(duì)于矩陣按鍵來(lái)講：4根行線是輸入的
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STEP-BaseBoard外設(shè)資源引腳分配說(shuō)明

本節(jié)將和大家一起了解STEP-Baseboard的資源及管腳分配的明細(xì)。STEP-Baseboard是我們針對(duì)小腳丫核心板設(shè)計(jì)的擴(kuò)展板，集成了大量常見(jiàn)外設(shè)，同時(shí)兼容STEP-MXO2第二代和STEP-MAX10兩種小腳丫核心板，為開(kāi)發(fā)者提供更多選擇。為什么單獨(dú)將引腳分配拉出來(lái)作為單獨(dú)的一個(gè)章節(jié)呢，我們整個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)后續(xù)所有章節(jié)都是只講外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊的，在設(shè)計(jì)中往往只是作為其中的一個(gè)模塊，作為橋接系統(tǒng)與人機(jī)界面的模塊，很多引腳都是連接到系統(tǒng)的，無(wú)需分配管腳，所以就不在每個(gè)章節(jié)中談管腳分配的話題了，這里獨(dú)立一章同
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